CN108315660A - 热浸镀锌高导热铁锅用含Sc和Sr铁合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了热浸镀锌高导热铁锅用含Sc和Sr铁合金及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为：Ca:0.2‑0.3wt.%,Sr:0.2‑0.3wt.%,In:0.5‑0.8wt.%,Sc:0.3‑0.5wt.%,Ge:0.6‑1.5wt.%,Nb:0.5‑0.8wt.%，余量为铁。该材料在铸造，热轧成钢板后做成的热浸镀锌用铁坩埚，可以大大的提高铁锅传热能力以及镀锌层厚度的均匀性。将铁埚的使用寿命从7‑10年提高到了20年以上。具有提高生产效率，节约成本的作用。

Description

热浸镀锌高导热铁锅用含Sc和Sr铁合金

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种铁合金。

背景技术

热镀锌也叫热浸锌和热浸镀锌。是一种有效的金属防腐方式，主要用于各行业的金属结构设施上。是将除锈后的钢件浸入445℃左右融化的锌液中，使钢构件表面附着锌层，从而起到防腐的目的。热镀锌是由较古老的热镀方法发展而来的，自从1836年法国把热镀锌应用于工业以来，已经有一百四十年的历史了。

简单而言，热浸镀锌的工艺流程为：成品酸洗-水洗-加助镀液-烘干-挂镀-冷却-药化-清洗-打磨-完工。热浸镀锌具有一系列的优点：镀锌层的硬度值比钢材还大，故其抗冲击及抗磨耗性均相当良好。在边角区，锌层往往比其它地方还厚，且有良好的韧性及抗磨耗性。即使因受很大的机械伤害或其它原因。造成一小部份的锌层脱落，将铁基裸露，此时，周围锌层就会发挥牺牲阳极的功能，来保护此处钢铁，使其不受侵蚀。锌层在大气中的消耗是非常缓慢的，约为钢铁腐蚀速率的1/17-1/18，其寿命远超过其它任何涂层。

至今为止，热镀锌仍是钢材防蚀方法中应用最普遍的、最有效的工艺措施。在建筑工业中,用于各类工业及民用建筑的轻钢龙骨、建筑层面板、瓦楞板、卷帘门等。在家电和轻工业方面，用于各类家用电器的外壳和底板。在汽车工业中，用于汽车车体的、外壳、内板、底板等。我国大力发展电力、交通、通讯、能源和城市基础建设。随着建筑、家电、汽车工业的强劲发展，我国镀锌行业面临前所未有的机遇和巨大的市场。

热浸镀锌生产中，锌液温度大约保持在460℃左右。锌埚用于加热熔解锌锭和盛放锌液，并保持一定的锌液温度便于镀锌。锌锅是常规热镀锌生产中最重要的设备之一，铁质锌锅则是常规热镀锌所用锌锅中最普遍的一种。它是批量热浸镀锌中最重要的设备。当钢铁件与浸入锌浴中时，铁和液态锌会发生一系列反应，这是钢铁件表面生成优良耐蚀性镀层的前提，但同时也是造成钢质镀锌设备被锌液腐蚀的主要原因。

简单说，当铁锅和锌液开始接触时，会在铁锅的表面生成疏松的金属间化合物。这些不具备保护作用的过渡层并不会对新的铁表面产生保护作用。而且当生产效率比较大，待镀锌的原料铁丝材等高速送往铁坩锅内时，产生的振动会引起局部锌液的高速流动，从而将疏松的金属间化合物层剥离。锌液对锌锅的腐蚀会导致锌的大量浪费，形成的铁锌化合物脱落而形成锌渣。在一定层度上加速了铁锅的腐蚀，降低了正常的使用寿命。此外，由于铁锅体积大，内部承载的锌液多。所以在生产过程中，发热体产生的热量在铁锅表面并不是均匀分布的。这些温度的差异或者说温度梯度的存在会导致铁锅内镀锌厚度的不均匀，严重地影响到了镀锌质量以及随后的防腐蚀效果。锌锅的寿命和传热性能直接或间接地影响到镀锌的成本和质量，一旦其被严重腐蚀导致漏锌，后果更是严重。更换锌埚是一个艰巨的任务，因为它会引起整个生产线的停车停产并排出熔融的金属锌。锌锅的腐蚀不仅涉及到锌锅的加热方式、锌浴温度，还涉及到锌锅本身的材料以及它的形状和加工成型方式。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以在360-450度大气条件下使用的热浸镀锌高导热铁锅用含Sc和Sr铁合金。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种热浸镀锌高导热铁锅用含Sc和Sr铁合金。按重量百分比计，合金的组成为：Ca:0.2-0.3wt.%,Sr:0.2-0.3wt.%,In: 0.5-0.8wt.%,Sc:0.3-0.5wt.%,Ge:0.6-1.5wt.%,Nb:0.5-0.8wt.%，余量为铁。该铁合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在1.0-2.0wt.%左右。

上述热浸镀锌高导热铁锅用含Sc和Sr铁合金的制备方法，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到1500-1600度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在1500-1600度保温静置10分钟后浇铸成所需要的圆锭。将所得的铸锭在800度下进行热轧，每道次的轧下量为10-15%。每两次热轧后中间退火温度为900度，保温1小时。最后将材料轧制成厚度为40-60mm的钢板，热浸镀锌用的铁坩埚可以用这些钢板通过变形和焊接的方式制备而成。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明专利针对目前热浸镀锌用铁埚的使用寿命短的现状提供了一种材料学的解决方案。该合金拥有优异的焊接性能，在采用常用的氩弧焊等手段得到热浸镀锌用铁埚。焊缝密实，并且焊接影响区晶粒为细小的等轴晶。这些微小等轴晶区的出现，可以大大提高热浸镀锌时在高温下液锌的腐蚀和渗漏。

（2）铁埚中的合金元素在热浸镀锌的环境下可以和锌液形成致密的化合物层。这个致密过渡层的出现，可以有效地降低锌液中的锌进一步和铁基的反应扩散。此外，该致密化合物层和基体的结合强度高，可以实现较低温度下的高强度热浸镀锌操作。比如，常见的热浸镀锌温度为360-450度。当在该温度下进行热浸镀锌时，可以将单位时间入炉量提高50-80%而不会明显的降低铁锅的使用寿命。在大的对流和工业震动的条件下长时间使用不会发生脱落现象，进一步有效地屏蔽了锌液对铁埚的进一步腐蚀。

（3）传统的铁埚在热浸镀锌时锌液侵蚀铁板造成锌渣过多，影响镀锌质量，缩短锌锅使用寿命，一般不到半年即有穿孔、漏锌现象。由于这种大型容器的制作成本很高，所以造成的经济损失是巨大的。采用本专利的合金制备的热浸镀锌用铁埚，可以显著提高内表面的耐腐蚀和耐磨损性能。在热浸镀锌的温度下（360-450度）可以使用20年以上，相比而言目前同类型的热浸镀锌用铁埚的使用寿命一般为7-10年。此外，该合金在具有极其优异的导热能力。轧制成钢板后，该合金的传热系数为100-110W/m﹒K。而传统碳钢的传热系数一般维持在40-45 W/m﹒K左右。因而该合金用于制备热浸镀锌用铁锅后，铁锅的传热性会得到极大的提升，有助于锌液内部温度的均匀性，以及镀层厚度的均匀性。

（4）该合金既提高了热浸镀锌铁锅的使用性能，又降低了制造成本，因而具有重要意义。可以预计，该类合金的产业化可以获得极大的经济和社会效益。在不久的将来，随着更多工程应用领域拓展，该类新型合金必将在更多的热浸镀锌中得到广泛应用。

具体实施方式

实施例1

一种在360-450度使用热浸镀锌高导热铁锅用含Sc和Sr铁合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ca:0.2wt.%,Sr:0.2wt.%,In: 0.5wt.%,Sc:0.3wt.%,Ge:0.6wt.%,Nb:0.5wt.%，余量为铁。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到1500-1600度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在1500-1600度保温静置10分钟后浇铸成所需要的圆锭。将所得的铸锭在800度下进行热轧，每道次的轧下量为10-15%。每两次热轧后中间退火温度为900度，保温1小时。最后将材料轧制成厚度为40-60mm的钢板，热浸镀锌用的铁坩埚可以用这些钢板通过变形和焊接的方式制备而成。

本合金可以实现较低温度下的高强度热浸镀锌操作。比如，常见的热浸镀锌温度为360-450度。当在该温度下进行热浸镀锌时，可以将单位时间入炉量提高50-80%而不会明显的降低铁锅的使用寿命。在大的对流和工业震动的条件下长时间使用不会发生脱落现象，进一步有效地屏蔽了锌液对铁埚的进一步腐蚀。采用本专利的合金制备的热浸镀锌用铁埚，可以显著提高内表面的耐腐蚀和耐磨损性能。在热浸镀锌的温度下（360-450度）可以使用20年以上，相比而言目前同类型的热浸镀锌用铁埚的使用寿命一般为7-10年。此外，该合金在具有极其优异的导热能力。轧制成钢板后，该合金的传热系数为100W/m﹒K。而传统碳钢的传热系数一般维持在40-45W/m﹒K左右。因而该合金用于制备热浸镀锌用铁锅后，铁锅的传热性会得到极大的提升，有助于锌液内部温度的均匀性，以及镀层厚度的均匀性。

实施例2

一种在360-450度使用热浸镀锌高导热铁锅用含Sc和Sr铁合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ca: 0.3wt.%,Sr:0.3wt.%,In: 0.8wt.%,Sc:0.5wt.%,Ge:1.5wt.%,Nb:0.8wt.%，余量为铁。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到1500-1600度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在1500-1600度保温静置10分钟后浇铸成所需要的圆锭。将所得的铸锭在800度下进行热轧，每道次的轧下量为10-15%。每两次热轧后中间退火温度为900度，保温1小时。最后将材料轧制成厚度为40-60mm的钢板，热浸镀锌用的铁坩埚可以用这些钢板通过变形和焊接的方式制备而成。

本合金可以实现较低温度下的高强度热浸镀锌操作。比如，常见的热浸镀锌温度为360-450度。当在该温度下进行热浸镀锌时，可以将单位时间入炉量提高50-80%而不会明显的降低铁锅的使用寿命。在大的对流和工业震动的条件下长时间使用不会发生脱落现象，进一步有效地屏蔽了锌液对铁埚的进一步腐蚀。采用本专利的合金制备的热浸镀锌用铁埚，可以显著提高内表面的耐腐蚀和耐磨损性能。在热浸镀锌的温度下（360-450度）可以使用20年以上，相比而言目前同类型的热浸镀锌用铁埚的使用寿命一般为7-10年。此外，该合金在具有极其优异的导热能力。轧制成钢板后，该合金的传热系数为105W/m﹒K。而传统碳钢的传热系数一般维持在40-45W/m﹒K左右。因而该合金用于制备热浸镀锌用铁锅后，铁锅的传热性会得到极大的提升，有助于锌液内部温度的均匀性，以及镀层厚度的均匀性。

实施例3

一种在360-450度使用热浸镀锌高导热铁锅用含Sc和Sr铁合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ca:0.2wt.%,Sr:0.2wt.%,In: 0.6wt.%,Sc:0.4wt.%,Ge:1.0wt.%,Nb:0.6wt.%，余量为铁。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到1500-1600度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在1500-1600度保温静置10分钟后浇铸成所需要的圆锭。将所得的铸锭在800度下进行热轧，每道次的轧下量为10-15%。每两次热轧后中间退火温度为900度，保温1小时。最后将材料轧制成厚度为40-60mm的钢板，热浸镀锌用的铁坩埚可以用这些钢板通过变形和焊接的方式制备而成。

本合金可以实现较低温度下的高强度热浸镀锌操作。比如，常见的热浸镀锌温度为360-450度。当在该温度下进行热浸镀锌时，可以将单位时间入炉量提高50-80%而不会明显的降低铁锅的使用寿命。在大的对流和工业震动的条件下长时间使用不会发生脱落现象，进一步有效地屏蔽了锌液对铁埚的进一步腐蚀。采用本专利的合金制备的热浸镀锌用铁埚，可以显著提高内表面的耐腐蚀和耐磨损性能。在热浸镀锌的温度下（360-450度）可以使用20年以上，相比而言目前同类型的热浸镀锌用铁埚的使用寿命一般为7-10年。此外，该合金在具有极其优异的导热能力。轧制成钢板后，该合金的传热系数为100W/m﹒K。而传统碳钢的传热系数一般维持在40-45W/m﹒K左右。因而该合金用于制备热浸镀锌用铁锅后，铁锅的传热性会得到极大的提升，有助于锌液内部温度的均匀性，以及镀层厚度的均匀性。

Claims (3)

1.一种热浸镀锌高导热铁锅用含Sc和Sr铁合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Ca:0.2-0.3wt.%,Sr:0.2-0.3wt.%,In: 0.5-0.8wt.%,Sc:0.3-0.5wt.%,Ge:0.6-1.5wt.%,Nb:0.5-0.8wt.%，余量为铁。

2.根据权利要求1所述热浸镀锌高导热铁锅用含Sc和Sr铁合金，其特征在于包括如下步骤：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到1500-1600度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在1500-1600度保温静置10分钟后浇铸成所需要的圆锭。

3.根据权利要求1所述热浸镀锌高导热铁锅用含Sc和Sr铁合金，其特征在于包含如下加工步骤：将所得的铸锭在800度下进行热轧，每道次的轧下量为10-15%；每两次热轧后中间退火温度为900度，保温1小时；最后将材料轧制成厚度为40-60mm的钢板，热浸镀锌用的铁坩埚可以用这些钢板通过变形和焊接的方式制备而成。